O presente pedido de invenção diz respeito a um Medidor Telemétrico de Vazão de Fluidos sem partes móveis ou seja não utiliza nenhum componente ou peça capaz de movimentar-se internamente no corpo do medidor e que se presta a medir a vazão de fluidos passantes em um meio de condução, em especial água fria, objetivando também mensurar a vazão de outros fluidos, de forma processar e totalizar esta vazão, transmitindo-a posteriormente de forma telemétrica, por meio de uma conexão sem fio, a outro dispositivo de pós-processamento, permitindo atingir de forma indireta o comando e de forma direta a supervisão e controle do sistema de fornecimento deste fluido, garantindo assim a informação correta da vazão, sua operação e funcionamento em favor da fornecedor dos serviços que administra aquele medidor.

No atual estado da técnica um medidor de vazão é um dispositivo utilizado para mensurar a vazão de fluidos em um meio de condução, por exemplo, o fluxo de água em um cano de abastecimento. Convencionalmente, um medidor de vazão, em especial um hidrômetro, utiliza o fluxo de água para o deslocamento de uma turbina que movimenta um conjunto de engrenagens. O eixo da referida turbina é acoplado a um conjunto de engrenagens que tem o propósito único de processar e apresentar a totalização dessa vazão. Esta totalização é exibida na forma de números impressos em discos axiais que serão lidos pelo agente designado pelo fornecedor do serviço que administra aquele medidor.

Dado o grande número de engrenagens utilizado para a referida apresentação da totalização da leitura, observa-se a dificuldade em sua montagem e eventual manutenção, requerendo para tal, pessoal especializa d . Junto a isso, sempre há à tentativ à d e- violação do ^; medidor péla aposição de elemento estranho nas engrenagens o qual altera as características mecânicas do medidor e sua precisão de medida.

Existem versões de medidores onde há, no conjunto de engrenagens como o acima descrito, a inclusão de mais uma engrenagem específica para acomodar um ímã. A rotação deste ímã é detectada por um circuito eletrônico acessório, objetivando processar a totalização desta vazão e transmiti-la para processamento posterior de dados.

Dadas as limitações mecânicas dos equipamentos atuais, compreendidos no estado da técnica, há a ocorrência de imprecisão na medição, especialmente em medidores com avançado tempo de uso, pelo desgaste de suas diversas partes móveis. Alem disto, ainda que observado o grau de precisão utilizado para a fabricação das partes mecânicas do medidor convencional, são encontradas folgas entre as paredes internas da carcaça e as pás da turbina, produzindo um escoamento secundário que não é medido, o que incorre mais uma vez em imprecisão da medição obtida. Outro ponto negativo a ser observado nestes mesmos equipamentos é o contato do jato de água nas pás da turbina e o estreitamento feito no tubo, para que este jato produza um movimento de rotação suficiente para vencer o momento de inércia do conjunto de engrenagens ao qual esta turbina está conectada. Esta característica produz um excessivo desgaste do eixo da turbina e do conjunto, pois este se encontra sujeito à grande força de deslocamento gerada pela água.

Na mesma linha de raciocínio, dentre as várias limitações existentes no atual estado da técnica, há um modelo de medidor convencional, com um parafuso fixado na sua parte externa destinado ao ajuste de compensação de perdas inerentes ao sistema mecânico permitindo reduzir a imprecisão na medição. Este parafuso desvia o fluxo principal de água para forà da turbina, sendo um método indireto de compensação de perdas. A exposição externa deste parafuso torna-se ponto de violação, provocando uma totalização menor do que a existente naquele ponto de medição, com prejuízos para fornecedor do serviço que administra o medidor

Nos medidores de vazão mecânicos existentes, a função de transmissão sem fio, que permite o envio das totalizações das medições do fluído ao fornecedor do serviço é precária, tendo em vista a necessidade de um equipamento externo adicional acoplado ao equipamejnto convencional principal o qual, no atual estad@*di¾êÊhidà ^" éxrgè ^i' úrhâ ^í cdriéxãcv com a rede elétrica.

Ainda, nestes mesmos medidores mecânicos, a função de informação de violação do equipamento ao fornecedor dos serviços é precária, dada a necessidade de equipamento externo adicional, acoplado ao equipamento convencional principal conectado com a rede elétrica.

O presente pedido de patente de invenção contempla um medidor de vazão de fluidos com precisão de medição e proteção contra fraudes e violações. O resultado das medições e a ocorrência de fraudes e violações é informado ao fornecedor dos serviços que administra o equipamento, e as medições de consumo fornecidas ao consumidor.

Por meio da atividade inventiva aplicada a componentes mecânicos de precisão e da utilização da telemetria, é alcançado um nível de erro de medição estimado em 3% (três por cento) inferior, portanto, aos valores atuais que se situam na faixa de 15% (quinze por cento) a 20% (vinte por cento) para os medidores mecânicos convencionais.

Sumário da Invenção

Considerando-se que não há partes móveis no equipamento e que elas respondem pela grande maioria dos defeitos encontrados nós medidores convencionais, uma notável redução na necessidade de manutenção é alcançada. Com isso, uma maior longevidade é obtida , além do que, por não haver folga mecânica entre os seus componentes do medidor não há a necessidade de calibrações ao longo do seu tempo de uso.

A partir do deslocamento da água perpendicularmente a um campo gerado por material magnético com alta densidade de fluxo, uma diferença de potencial é produzida no eixo perpendicular aos primeiros. Esta diferença de potencial é proporcional ao volume deslocado e é totalizada por circuitos eletrônicos acoplados ao equipamento.

Pela polaridade gerada pela diferença de potencial então obtida, poderá o sentido do fluxo ser determinado, viabilizando-se dessa forma o incremento ou decremento da totalização coerentemente ao sentido da passagem do fluido. Tendo sido detectado o fluxo (positivo ou negativo) do ffuídò suá' vazão ¹ 'é ^; determinada a partir de tabelas de conversão previamente" armazenadas : na memória do microprocessador presente no medidor. Da mesma forma, a totalização da medida é também ^' adquirida de forma direta integrando-se Θ aos valores obtidos durante cada vazão.

O medidor em questão inova na sua capacidade de medição de fluxos reduzidos pois a tomada de valores medidos é feita em uma câmara apropriada queé capazd de adequar a velocidade do fluido a uma medição mais precisa, a partir do estreitamento do tubo em tal câmara, o que conduz o fluído com uma velocidade diferenciada, fazendo com que ele seja maior se houver um estreitamento no tubo de passagem. Com isso, é observada presença de uma diferença de potencial mensurável, mesmo em pequenas vazões de fluidos como os presentes na maioria das ligações residenciais, o que permite viabilizar a medida de vazão e a computação das medidas obtidas. Este estreitamento da câmara de medição é calculado de forma a permitir que a perda de carga no medidor, ocasionada pela própria redução de área, fique dentro dos limites estabelecidos pelas normas utilizadas pelas concessionárias de fornecimento de água potável.

Junto a essa nova forma de realizar uma medição de fluxo do fluído, são utilizados componentes mecânicos e eletrônicos de adequados os quais possibilitam a medição de forma simplificada. Em outras palavras, medições como as aqui sugeridas eram até então tecnologicamente inviáveis pela inexistência de materiais magnéticos capazes de gerar informações suficientes para a medição em baixas vazões. Da mesma forma, atualmente são encontrados e podem ser utilizados circuitos eletrônicos com altíssima sensibilidade os quais se prestam totalmente à realização, das medições ora salientadas para este medidor. Este conjunto de tecnologias não era encontrada até há poucos anos no mercado.

Em ação preventiva a eventuais tentativas de fraude, campos magnéticos externos poderiam ser colocados próximos ao medidor com o objetivo de alterar o campo magnético formado pelo ímã permanente e assim produzir leituras incertas nos eletrodos, foram criados mecanismos destinados a mitigar este eventual problema, sob a forma de sensores de aproximação de campos magnéticos externos que informam esta ocorrência ao sistema eletrônico e gerando um sinal de alarme que pode ser transmitido à unidade coletora de dados externa e esta o retransmite ao fornecedor do serviço que administra aquele equipamento. Além disto, sensores de violação da carcaça existentes no medidor, em eventuais tentativas de abertura do equipamento, irão produzir um sinal dé alarme, de fórmá' a proteger todo o conjunto contra fraudes

Adicionalmente existe no equipamento uma blindagem eletromagnética destinada a coibir possíveis tentativas de fraude quando da aproximação ou colocação de um campo magnético externo, emitindo de imediato um aviso à fornecedora do serviço, não interferindo ou paralisando o processo medição da vazão do fluindo mantendo sua precisão.

Para prover informações sobre as medidas de vazão obtidas, o equipamento possui um mostrador (display) onde podem ser verificados itens como a totalização da leitura processada, a vazão instantânea, ou momentânea e o estado da bateria. Tais informações podem ser obtidas por meio de um botão de acesso externo, que permite escolher os itens a serem exibidos no mostrador (display) durante um intervalo de tempo suficiente apenas para a leitura, de forma a economizar a carga da bateria.

Com o propósito de utilizar o mínimo de energia fornecida pela bateria, quando o medidor, não detecta a presença de movimento do fluido, pode entrar em estado de hibernação, voltando ao pleno funcionamento tão logo seja detectada a presença de movimento de fluído e consequente necessidade de medição, informada pelos sensores existentes no equipamento. A hibernação também ocorre nos longos intervalos de tempo entre o acionamento dos sensores, bem como nas pequenas vazões de fluído.

Em data previamente agendada, o equipamento irá transmitir a totalização da medida de vazão de fluído obtida, associada ao código de identificação do medidor, permitindo a sua captura pelo fornecedor dos serviços que administra o equipamento. Em ocorrências de fraude, nível crítico de carga da bateria e ainda a interferência de campos ou sinais eletromagnéticos, o alarme do equipamento é acionado gerando uma informação para o fornecedor dos serviços que administra o equipamento, permitindo a tomada de providências necessárias para sanar o ocorrido, garantindo desta forma a funcionalidade da supervisão e o controle indireto do equipamento.

O presente pedido de patente de invenção é descrito nas linhas a seguir tendo como referência os desenhos em apenso, devidamente numerados e identificados conforme segue: A figura 1 apresenta o Medidor Telemétrico de Vazão de Fluidos . Sem Partes Móveis montado, onde ele é apresentado com a tampa.- -prQtetpcr. ο» · displayj-inft posição; i aberta.

A figura 2 apresenta a vista explodida do equipamento onde podem ser observados seus principais componentes colocados próximos aos seus pontos de conexão.

A figura 3 apresenta a câmara de medição de vazão, destinada a condicionar a velocidade do fluido passante e possibilitar a medida de sua vazão.

A figura 4 apresenta o diagrama em blocos da eletrônica que compõe o sistema de medição. O medidor é apresentado montado na figura 1, sendo composto de uma carcaça superior (5) com abertura para o display (6) e tampa articulada (7) para seu fechamento. A tampa articulada possui ângulo de abertura maior do que 90 graus o que permite a visualização ampla da medida.

A figura 2 apresenta o medidor em vista explodida, onde podem ser vistos, além dos itens já apresentados na figura 1, os diversos componentes do equipamento. Para maior clareza do desenho, partes complementares e corriqueiras, como parafusos e arruelas, foram suprimidas. Na carcaça superior (14), ao lado do display (6), é colocado o botão de função (8) o qual se presta a disponibilizar informações da medição obtida. A carcaça superior (14) comporta também a antena (9) do sistema de transmissão de dados, a bateria (11), o sensor de campo magnético (12) e o sensor de abertura das carcaças (13).

O corpo do medidor (5) é montado em série com o fluxo de água. O material magnético (15) é montado com seus poios alinhados com as faces superior e inferior do paralelepípedo formado no centro do corpo do medidor (5). Os eletrodos (16) e (17) são montados com suas faces alinhadas com as faces laterais do paralelepípedo formado no centro do corpo do medidor (5).

A carcaça superior (14) e a carcaça inferior (10) são revestidas internamente com uma camada de material especial destinado à blindagem eletromagnética objetivando proteger o sistema de medição contra ruídos eletromagnéticos ou ainda campos magnéticos externos. Toda a parte eletrônica é montada sobre a placa de circuito impresso (18). Esta- " ^~ é alimentada pela bateria (11), colocada nó compartimento formado pela carcaça inferior (10).

A figura 3 mostra a câmara de medição de vazão (23) dentro do corpo do medidor em corte. Nela pode ser visto de forma evidente o estreitamento (23) destinado a produzir o aumento da velocidade da água no ponto de medição que permite viabilizar a medição com baixas vazões.

A figura 4 apresenta o diagrama em blocos do sistema de medição digital. O bloco sensor (20) detecta o movimento do fluido, determina seu sentido e grandeza, informando ao bloco microprocessador (19) a necessidade de totalização. Com o objetivo de se usar o mínimo de energia proveniente da bateria, poderá o bloco microprocessador (19) entrar em modo de hibernação caso este não detecte o movimento do fluido em determinado intervalo de tempo, podendo ainda hibernar durante os intervalos entre as detecções de movimento quando a vazio se apresentar muito baixa. Desta forma, o display (6) ficará na condição regular de operação como desligado, sendo apenas ligado durante pequeno intervalo de tempo, como resposta às requisições feitas pelo acionamento do dispositivo, por meio de uso do botão de função (8), provido para tal fim.

O botão de função (8) serve para apresentar as leituras de volume acumulado, a vazão instantânea e o percentual estimado de carga da bateria.

O bloco monitor da bateria (22) monitora a quantidade estimada da carga ainda presente na bateria (11) e a ^' informa ao bloco microprocessador (19). Este por sua vez, além das outras atribuições, monitora o estado do sensor de abertura das carcaças (13) e do sensor de campo magnético externo (12).

Na ocorrência de disparo do sensor de campo magnético (12), do sensor de abertura da carcaça (13) ou da presença de nível crítico de carga da bateria, assim como indicado pelo bloco monitor da bateria (22), será gerado um alarme para o sistema, quando haverá a consequente transmissão telemétrica imediata desta informação ao fornecedor dos serviços pelo bloco microprocessador (19) utilizando o transceiver (21).

Outra hipótese para a transmissão de dados é a sua transferência por solicitação do equipamento coletor , quando o bloco transceptor (transceiver) (21) é acionado pelo coletor de dados, acionando assim o bloco microprocessador (19) ^; a fim de que sejam transmitidos e recebidos os dados. Nesta ocorrência, iniciada pela solicitação recebida através do bloco transceptor (transceiver) (21), são transmitidos , o número de identificação do medidor, a leitura atual totalizada e um número de verificação da coerência dos dados transmitidos.

Assim que o medidor transmite a sua leitura, seja sob solicitação ou proativa mente, no caso de fraude ou violação, este espera pela confirmação do recebimento da informação pela unidade coletora de dados. Caso esta não confirme o recebimento, o bloco microprocessador (19) reenviará a informação até que seja necessária, ou em quantidade de vezes determinada pelo fornecedor do serviço que administra aquele equipamento, cabendo, neste caso, ao equipamento coletor de dados, determinar e informar ao sistema supervisor a inatividade daquele medidor. Entretanto, este não cessará as suas atividades de medição.

As características apresentadas nesta descrição, nas reivindicações e nos desenhos, podem ser providas independentemente ou em qualquer combinação apropriada, sem, contudo, descaracterizar o escopo principal que é o de medir a vazão de fluídos telemetricamente. Uma característica de alguma reivindicação subsidiária, assim, pode ser incorporada em uma reivindicação da qual ela não é dependente. A realização preferida é assim descrita, mas outras resultantes da combinação dos princípios apresentados podem ser obtidas sem descaracterizar o escopo de proteção requerido.